JP2009097926A - 圧力センサおよびその取付構造 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの燃焼熱の影響を低減することができる圧力センサおよびその取付構造を提供する。
【解決手段】圧力センサ１００は、胴体部１の側面のうちシール面２４よりも胴体部１の一端部側の部位に、エンジンヘッド２００の取付穴２２０に取り付けられた後にエンジン始動により前記燃焼室２１０内に発生する熱によって膨張して、エンジンヘッド２００の取付穴２２０の壁面と胴体部１の側面との間の隙間３００を、胴体部１の軸を中心にして一周埋める膨張材５０を備えている。これにより、燃焼室２１０で起こった燃焼の熱が隙間３００に入り込むことを防止し、胴体部１の一端部側の側面における燃焼熱の影響を低減する。
【選択図】図２

Description

本発明は、圧力センサおよびその取付構造に関する。

従来より、筒状胴体部の一端部に受圧用ダイヤフラム、メタルケース、金属ステム、ハウジングによって構成される受圧部を有すると共に、胴体部の外面のうち一端部よりも他端部側の部位にシール面を有する圧力センサをエンジンの取付穴に取り付ける構造が、例えば特許文献１で提案されている。

具体的に、特許文献１では、エンジンの取付穴に圧力センサの胴体部の一端部を挿入し、シール面を取付穴の内面に密着させてシールしたとき、胴体部の外面のうちシール面よりも一端部側の部位と当該部位に対向する取付穴の内面との間をシールするシール部材を設けた構造が示されている。このシール部材により、燃焼室からのデポジットが胴体部におけるシール面よりも燃焼室側の部位とエンジンとの隙間に侵入することを防止できるようになっている。
特開２００７−１８７６０９号公報

しかしながら、上記従来の技術では、シール部材によってデポジットの侵入を防止できるものの、圧力センサのシール面より圧力センサの先端側においては、圧力センサとエンジンとの間が隙間となるため、当該隙間に燃焼熱が入り込み、受圧用ダイヤフラムやメタルケース、ステムが熱を受けて歪み、センサ出力に影響を及ぼす。これにより、センサ出力に誤差が生じてしまうという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、エンジンの燃焼熱の影響を低減することができる圧力センサおよびその取付構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴では、筒状の胴体部（１）を有し、胴体部（１）の一端部に圧力を受ける受圧用ダイヤフラム（４０）を備えると共に、胴体部（１）の側面のうち一端部よりも他端部側の部位にシール面（２４）を備えており、エンジンヘッド（２００）に設けられエンジンの燃焼室（２１０）に通じる取付穴（２２０）に対して、胴体部（１）の一端部側が挿入され、シール面（２４）が取付穴（２２０）の壁面に密着して燃焼室（２１０）が密閉され、燃焼室（２１０）内の圧力が受圧用ダイヤフラム（４０）にて受圧されるようにした圧力センサであって、胴体部（１）の側面のうちシール面（２４）よりも胴体部（１）の一端部側の部位に、エンジンヘッド（２００）の取付穴（２２０）に取り付けられた後にエンジン始動により前記燃焼室（２１０）内に発生する熱によって膨張して、エンジンヘッド（２００）の取付穴（２２０）の壁面と胴体部（１）の側面との間の隙間（３００）を、胴体部（１）の軸を中心にして一周埋める膨張材（５０）を備えていることを特徴とする。

これによると、燃焼室（２１０）で燃焼が起こったとしても、隙間（３００）に膨張材（５０）が埋められるため、当該隙間（３００）への火炎の入り込みを防止することができる。これにより、当該隙間（３００）に火炎が入り込むことで、胴体部（１）の一端部側が燃焼熱を受けて歪むことはなく、胴体部（１）の一端部側の側面における燃焼熱の影響を低減することができる。したがって、圧力センサのセンサ出力の誤差を改善することができる。

また、エンジン始動により前記燃焼室（２１０）内に発生する熱によって膨張することで隙間（３００）が埋まるようになっているため、エンジンヘッド（２００）の取付穴（２２０）の構造に制約を設ける必要はない。膨張材（５０）が膨張して隙間（３００）を埋めるため、圧力センサの寸法ばらつきによって、確実に隙間（３００）を埋めることができるかわからないという問題も起こらない。

上記の膨張材（５０）は、隙間（３００）のうち少なくとも胴体部（１）の他端部側を埋めるようになっていることが好ましい。これによると、隙間（３００）に燃焼熱が入り込む空間領域が狭くされるため、胴体部（１）の側面が受ける燃焼熱の影響を低減することができる。また、燃焼室（２１０）の燃焼によって膨張材（５０）が胴体部（１）の他端部側に押し込まれるが、隙間（３００）のうち胴体部（１）の他端部側が埋まっていることで当該押し込みに耐えることができる。

また、膨張材（５０）は、隙間（３００）すべてを埋めるようになっていることが好ましい。これにより、燃焼熱が隙間（３００）に入り込むことはないため、胴体部（１）の側面が燃焼熱の影響を受けないようにすることができる。また、燃焼熱の押し込みにも耐えることができる。さらに、隙間（３００）すべてに膨張材（５０）が配置されることで、膨張材（５０）を介して圧力センサの熱をエンジンヘッド（２００）に放熱する放熱性を高めることができる。

本発明の第２の特徴では、筒状の胴体部（１）を有し、前記胴体部（１）の一端部に圧力を受ける受圧用ダイヤフラム（４０）を備えると共に、前記胴体部（１）の側面のうち前記一端部よりも他端部側の部位にシール面（２４）を備える圧力センサを、エンジンヘッド（２００）に設けられエンジンの燃焼室（２１０）に通じる取付穴（２２０）に対して、胴体部（１）の一端部側から挿入し、シール面（２４）を取付穴（２２０）の壁面に密着させて燃焼室（２１０）を密閉し、燃焼室（２１０）内の圧力を受圧用ダイヤフラム（４０）にて受圧するようにした圧力センサの取付構造であって、エンジンヘッド（２００）の取付穴（２２０）の壁面と胴体部（１）の側面との間に、圧力センサがエンジンヘッド（２００）の取付穴（２２０）に取り付けられた後にエンジン始動により前記燃焼室（２１０）内に発生する熱によって膨張して、エンジンヘッド（２００）の取付穴（２２０）の壁面と胴体部（１）の側面との間の隙間（３００）を、胴体部（１）の軸を中心にして一周埋める膨張材（５０）が配置される取付構造であることを特徴とする。

このような圧力センサの取付構造により、隙間（３００）に膨張材（５０）を配置させているため、上述のように、胴体部（１）が受ける燃焼熱の熱影響を低減することができる。

膨張材（５０）は、隙間（３００）のうち少なくとも前記胴体部（１）の他端部側を埋めるようになっており、より好ましくは隙間（３００）すべてを埋めるようになっていることが望ましい。

このような取付構造においては、膨張材（５０）は、エンジン始動前では、圧力センサの胴体部（１）の側面に設けられていることができる。この場合、膨張材（５０）が設けられた圧力センサをエンジンヘッド（２００）に取り付けるだけで良いため、圧力センサの設置を容易に行うことができる。

他方、上記取付構造において、膨張材（５０）は、エンジン始動前では、取付穴（２２０）の壁面に設けられていることができる。この場合、膨張材（５０）が設けられた圧力センサを用意する必要がなく、汎用の圧力センサを用いることができる。

他方、上記取付構造において、エンジンヘッド（２００）に圧力センサを取り付けた後に膨張材（５０）を隙間（３００）に注入することができる。この場合、膨張材（５０）が設けられたエンジンヘッド（２００）や圧力センサを用意する必要がない。

そして、上記膨張材（５０）として、カーボン材や樹脂材よりなるものを用いることができる。特に、カーボン材は熱伝導性が良いため、膨張材（５０）を介して圧力センサの熱をエンジンヘッド（２００）に放熱する放熱性を高めることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される圧力センサは、例えば自動車のエンジンヘッドにおける取付穴に挿入されネジ結合などによって取り付けられ、燃焼室内の圧力（いわゆる筒内圧）を検出圧力として検出する筒内圧センサとして用いられるものである。

図１は、本発明の第１実施形態に係る圧力センサ１００のエンジンヘッド２００への取付構造を示す概略断面図である。また、図２は、後述するステム２０近傍の拡大断面図である。以下、図１および図２を参照して、圧力センサ１００の構成および圧力センサ１００の取付構造について説明する。

図１に示されるように、圧力センサ１００は、筒状の胴体部１とコネクタケース２とを備えて構成されている。胴体部１の一端部でエンジンの燃焼室２１０内の圧力が検出され、当該圧力に相当する電気信号が胴体部１の他端部に取り付けられるコネクタケース２から外部に出力される構成となっている。

このうち、胴体部１は、ハウジング１０と、ステム２０と、メタルケース３０と、受圧用ダイヤフラム４０と、膨張材５０と、ロッド６０と、センサチップ７０と、回路基板８０とが一体化されたものである。そして、この胴体部１のうちハウジング１０に対して、コネクタケース２が接続されている。

ハウジング１０は、円筒状の本体部１１とこの本体部１１よりも細い細長筒形状のパイプ部１２とを有している。これら本体部１１およびパイプ部１２は、切削や冷間鍛造等により加工されたステンレスなどの金属製のものである。ハウジング１０は、本体部１１とパイプ部１２とが一体形成されたものであり、パイプ部１２として円筒パイプ形状のものが採用される。

なお、本体部１１とパイプ部１２とがそれぞれ別体に形成され、本体部１１とパイプ部１２とが溶接や接着あるいは圧入、ネジ結合、かしめなどにより接合されて一体化されたものであっても良い。また、パイプ部１２として角パイプ形状のものを採用しても良い。

ハウジング１０におけるパイプ部１２の外周面には、エンジンヘッド２００にネジ結合可能なネジ部１３が形成されている。ハウジング１０のパイプ部１２がエンジンヘッド２００に形成されたネジ穴としての取付穴に挿入され、ネジ部１３を介して取り付けられることで、圧力センサ１００がエンジンヘッド２００に取り付けられる。

ステム２０は、中空円筒形状に加工された金属製の部材である。ステム２０の軸の一端側に変形可能な薄肉状の感圧用ダイヤフラム２１が設けられ、ステム２０のうち感圧用ダイヤフラム２１とは反対側に開口部２２が設けられている。

また、ステム２０は、当該ステム２０のうち感圧用ダイヤフラム２１側の外壁に当該外壁と直交する方向へ張り出したフランジ２３を有している。このフランジ２３は、ステム２０の開口部２２側から感圧用ダイヤフラム２１側に広がるテーパ面となっており、当該テーパ面がエンジンヘッド２００に密着して燃焼室２１０内を密閉するシール面２４になっている。

シール面２４は、胴体部１の側面のうち一端部よりも他端部側の部位に設けられている。そして、胴体部１の一端部側が、エンジンヘッド２００に設けられエンジンの燃焼室２１０に通じる取付穴２２０に挿入されると、シール面２４が取付穴２２０の壁面に密着して燃焼室２１０が密閉されるようになっている。シール面２４は取付穴２２０の壁面にメタルタッチシールされている。

ステム２０の開口部２２は燃焼室２１０側に向けられ、感圧用ダイヤフラム２１側がハウジング１０のパイプ部１２の先端部分に挿入されて溶接または接着などにより接合され固定されている。なお、ステム２０として、角筒状のものを採用しても良い。

メタルケース３０は、ステンレスなどの金属製の中空筒形状の部材である。メタルケース３０のうち一方の開口部がステム２０の開口部２２に差し込まれ、メタルケース３０とステム２０とが重なった部分が溶接され一体化されている。

受圧用ダイヤフラム４０は、エンジンの燃焼室２１０に面して燃焼圧（筒内圧）Ｐを受け、歪み変形するものであり、ステンレスなどの金属製円形板状の部材である。受圧用ダイヤフラム４０は、メタルケース３０のうちステム２０側とは反対側の開口部にロウ付けや溶接などによって接合固定されている。これにより、メタルケース３０と受圧用ダイヤフラム４０とが一体化され、胴体部１の一端部で燃焼圧を検出できるようになっている。また、ステム２０の開口部２２は、メタルケース３０を介して受圧用ダイヤフラム４０によって閉塞される。

膨張材５０は、例えば４００℃以上の熱が与えられると体積が膨張する部材である。膨張材５０は、胴体部１の側面のうちシール面２４よりも胴体部１の一端部側の部位に配置され、エンジンヘッド２００の取付穴２２０の壁面と胴体部１の側面との間の隙間３００を胴体部１の軸を中心にして一周埋める。

ここで、「隙間３００」とは、エンジンヘッド２００の取付穴２２０の壁面と、シール面２４と、胴体部１のうちシール面２４よりも一端部側の側面とで構成される空間を指す。

膨張材５０は、胴体部１の軸を中心にして隙間３００を一周埋めて、隙間３００への燃焼熱の侵入を阻止する役割を果たす。他方、膨張材５０は、隙間３００に燃焼熱が入り込む空間が、膨張材５０が配置されない場合よりも狭くする役割も果たす。このため、胴体部１の側面が受ける燃焼熱の面積が小さくされ、胴体部１が受ける燃焼熱の影響が低減される。

また、燃焼熱が隙間３００に入り込むことを防止するため、膨張材５０が隙間３００すべてを埋めるようになっていることが好ましい。これにより、胴体部１が燃焼熱の影響を受けないようにすることが可能となる。

燃焼室２１０の燃焼によって膨張材５０が胴体部１の他端部側に押し込まれるが、隙間３００のうち胴体部１の他端部側が膨張材５０で隙間なく埋まっていることで当該押し込みに耐えられる。また、隙間３００すべてに膨張材５０が配置されることで、当該押し込みに対する耐性をさらに向上させることができる。

隙間３００に膨張材５０が配置されると、燃焼室２１０内の燃焼熱によって熱くなった圧力センサ１００に蓄積された熱が、膨張材５０を介してエンジン冷却水によって冷やされるエンジンヘッド２００に放熱される。この場合、隙間３００すべてに膨張材５０を配置することで、膨張材５０が圧力センサ１００に接触する面積を大きくすることができるため、放熱性を高めることができる。

このような膨張材５０は、後述するように、圧力センサ１００がエンジンヘッド２００に取り付けられる前および取り付けられた際には膨張していない。膨張材５０は、圧力センサ１００がエンジンヘッド２００の取付穴２２０に取り付けられた後、エンジン始動により燃焼室２１０内に発生する熱によって膨張して、取付穴２２０の壁面と胴体部１の側面との間の隙間３００に埋まる。

上記膨張材５０として、カーボン材やポリイミドなどの樹脂材よりなるものが採用される。特に、カーボン材は熱伝導性が良いため、圧力センサ１００から膨張材５０を介してエンジンヘッド２００への放熱性を高めることができる。また、膨張材５０として、テープ状のものやパウダー状のものが採用される。パウダー状のものとしては、熱膨張性黒鉛パウダーを採用することができる。

ロッド６０は、受圧用ダイヤフラム４０が受けた圧力をセンサチップ７０へ伝達するものであり、ステム２０の中空部およびメタルケース３０の中空部により形成される空間内部に配置される棒状の部材である。すなわち、ロッド６０は、受圧用ダイヤフラム４０とステム２０の感圧用ダイヤフラム２１との間に介在している。

ロッド６０のうちステム２０側の端部は、ステム２０の感圧用ダイヤフラム２１に対して荷重を与えた状態で感圧用ダイヤフラム２１に接触しており、ロッド６０のうちメタルケース３０側の端部は、受圧用ダイヤフラム４０に対して荷重を与えた状態で受圧用ダイヤフラム４０に接触している。

つまり、受圧用ダイヤフラム４０に検出圧力Ｐが印加されない状態で、受圧用ダイヤフラム４０からロッド６０を介して感圧用ダイヤフラム２１（センサチップ７０）に荷重が与えられた状態でメタルケース３０とステム２０とが溶接されている。そして、検出圧力Ｐは、受圧用ダイヤフラム４０からロッド６０を介して感圧用ダイヤフラム２１、ひいてはセンサチップ７０に印加されるようになっている。

このようなロッド６０の材質として、例えばステンレスなどの金属やセラミックなどが採用される。なお、ロッド６０は棒状の部材であるが、ロッド６０の形状はこれに限定されるものではなく、例えば球状、偏球状、鼓状などであってもよい。また、ロッド６０は本発明の圧力伝達部材に相当する。

センサチップ７０は、印加された圧力に応じた電気信号を出力するものである。このセンサチップ７０は、ステム２０の感圧用ダイヤフラム２１においてロッド６０が接触する面とは反対側の面にガラス溶着などによって取り付けられている。センサチップ７０として、印加された圧力によって自身が歪み、その歪みに基づいて検出圧力に応じた信号を出力する歪みゲージ機能を有するものが採用される。

歪みゲージ機能を有するセンサチップ７０として、例えば、半導体プロセスによってシリコン半導体チップに対して、拡散抵抗素子などにより構成されるブリッジ回路などを形成してなるものなどを採用することができる。

このような歪みゲージ機能を有する半導体チップは、圧力によってステム２０の感圧用ダイヤフラム２１が変形したとき、この変形に応じて半導体チップ自身も歪むことにより、その歪みによって生じる抵抗値変化を電気信号に変換して出力する機能を有するものである。つまり、センサチップ７０および感圧用ダイヤフラム２１が、検出圧力Ｐによる荷重を受けて歪む部位として構成される。

回路基板８０は、センサチップ７０から出力される電気信号を処理する回路等を備えたものである。回路基板８０は、セラミック基板などで構成されており、ハウジング１０の本体部１１の内部に配置されている。具体的には、回路基板８０は、本体部１１との境界におけるパイプ部１２の開口部を覆うように設けられており、回路基板８０の周辺部は、例えば接着などによりハウジング１０に固定されている。

また、回路基板８０のうちパイプ部１２の開口部側の面には、ＩＣチップ８１が接着などにより搭載されている。このＩＣチップ８１は、センサチップ７０からの出力を増幅したり調整したりするための回路が形成されたものである。そして、ＩＣチップ８１と回路基板８０とがアルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）などからなるボンディングワイヤ８２により結線されている。

さらに、図１および図２に示されるように、回路基板８０とセンサチップ７０とがフレキシブルプリント基板８３により電気的に接続されている。フレキシブルプリント基板８３として、ポリイミド樹脂などのベースに銅などの導体をパターニング形成した一般的なものが採用される。このフレキシブルプリント基板８３は、図１に示されるように、ハウジング１０のパイプ部１２内にてパイプ部１２の長手方向に延びるように配置されている。なお、フレキシブルプリント基板８３の他に、例えばリード線などを採用しても良い。

フレキシブルプリント基板８３の一端部８４は、はんだなどを用いてセンサチップ７０の表面に形成された図示しないパッドに電気的および機械的に接合されている。そして、フレキシブルプリント基板８３のセンサチップ７０への接合部である一端部８４から、フレキシブルプリント基板８３は折り曲げられており、この折り曲げられた部分である折り曲げ部よりも他端部８５側の部位が、パイプ部１２内において回路基板８０の方向に延びている。

フレキシブルプリント基板８３の他端部８５側の部位は、ハウジング１０の本体部１１に位置している。また、フレキシブルプリント基板８３の他端部８５は、回路基板８０に設けられた貫通穴８６を介して、回路基板８０におけるＩＣチップ８１の搭載面から当該搭載面とは反対側の面に位置している。そして、フレキシブルプリント基板８３の他端部８５は、回路基板８０におけるＩＣチップ８１の搭載面とは反対側の面にて、はんだなどを介して回路基板８０と電気的に接続されている。

コネクタケース２は、ＩＣチップ８１によって信号処理された電気信号を外部に出力するためのコネクタ部として構成された部材である。このコネクタケース２は、ハウジング１０において回路基板８０におけるフレキシブルプリント基板８３との接続面と対向する位置に設けられている。

コネクタケース２はＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）等の樹脂などからなるもので、ターミナル２ａがコネクタケース２にインサート成形などにより一体化されている。ターミナル２ａは、電源用や信号取り出し用など、コネクタケース２に複数設けられている。

また、コネクタケース２のターミナル２ａと回路基板８０とはバネ部材８７を介したバネ接触により電気的に接続されている。これにより、センサチップ７０とコネクタケース２とは、フレキシブルプリント基板８３および回路基板８０を介して電気的に接続されている。

そして、図１に示されるように、ハウジング１０の本体部１１のかしめ部１４がコネクタケース２にかしめられることにより、コネクタケース２とハウジング１０とが一体化されている。これにより、ターミナル２ａは自動車のＥＣＵなどへ図示しない配線部材などを介して電気的に接続可能となり、圧力センサ１００と外部との信号のやりとりが可能となる。以上が、本実施形態に係る圧力センサ１００の全体構成およびエンジンヘッド２００への取付構造である。

次に、図１および図２に示される圧力センサ１００の製造方法について説明する。まず、センサチップ７０と、受圧用ダイヤフラム４０を有するステム２０と、ロッド６０とを用意する。そして、ステム２０の感圧用ダイヤフラム２１の表面にガラス接合などによりセンサチップ７０を接合し、このステム２０に一体化されたセンサチップ７０に対して、フレキシブルプリント基板８３の一端部８４をはんだなどを介して接続する。

続いて、フレキシブルプリント基板８３の他端部８５側の部位を、ハウジング１０のパイプ部１２の先端部から挿入し、フレキシブルプリント基板８３の他端部８５をハウジング１０の本体部１１の内部まで引き出す。また、ステム２０とハウジング１０のパイプ部１２とを接合する。

この後、フレキシブルプリント基板８３の他端部８５を、ＩＣチップ８１がワイヤボンド実装された回路基板８０の貫通穴８６に通し、フレキシブルプリント基板８３の他端部８５と回路基板８０とをはんだなどを介して接続する。

次に、回路基板８０をハウジング１０の本体部１１に接合固定する。そして、コネクタケース２をハウジング１０の本体部１１に組み付け、コネクタケース２にハウジング１０のかしめ部１４をかしめることにより、コネクタケース２とハウジング１０とを固定する。この場合、ターミナル２ａと回路基板８０とをバネ部材８７を介してバネ接触させ、電気的に接続する。こうして、センサチップ７０、ステム２０、およびハウジング１０を一体化する。

また、メタルケース３０と受圧用ダイヤフラム４０とを、ロウ付けや溶接などによって接合固定する。こうして、メタルケース３０と受圧用ダイヤフラム４０とを一体化する。

続いて、センサチップ７０と受圧用ダイヤフラム４０との間に、図２に示されるようにロッド６０を介在させ、受圧用ダイヤフラム４０からロッド６０を介してステム２０の感圧用ダイヤフラム２１およびセンサチップ７０に一定の荷重を与えた状態で、ステム２０とメタルケース３０とが重なり合った部分を溶接する。これにより、胴体部１が完成する。

この後、胴体部１の一端部側に膨張材５０を取り付ける。具体的には、ステム２０の側面、メタルケース３０の側面、受圧用ダイヤフラム４０のうちエンジンヘッド２００の取付穴２２０の壁面に対向する部位に膨張材５０を取り付ける。

膨張材５０として、カーボン材や樹脂材で形成されたテープ状のものを貼り付けたり、パウダー状のものをコーティングしたり、型を用いるなどして上記の側面や部位に設ける。例えばパウダー状の膨張材５０やコーティング剤の膨張材５０の場合、胴体部１の一端部側の側面に塗りつけるだけであるので、胴体部１への膨張材５０の取り付けが容易である。

なお、膨張材５０は膨張して体積が大きくなるものであるから、ステム２０の側面およびメタルケース３０の側面にのみ膨張材５０を設けても良い。また、ステム２０のシール面２４に膨張材５０を設けておいても良い。こうして、図１および図２に示される圧力センサ１００が完成する。

次に、上記のようにして製造した圧力センサ１００をエンジンヘッド２００に取り付ける方法およびそれによって得られる取付構造について、図２および図３を参照して説明する。図３は、エンジンヘッド２００の取付穴２２０に圧力センサ１００を取り付けた様子を示した図であり、ステム２０近傍の拡大断面図である。

まず、図３に示されるように、ハウジング１０のネジ部１３を介して、圧力センサ１００をエンジンヘッド２００の取付穴２２０に取り付ける。この場合、ステム２０のフランジ２３のシール面２４とエンジンヘッド２００の取付穴２２０の壁面とが密着してメタルタッチシールされ、エンジンの燃焼室２１０が密閉される。こうして、圧力センサ１００がエンジンヘッドに接続固定される。

エンジンの燃焼が開始されるまで、膨張材５０は膨張しない。したがって、図３に示されるように、エンジンヘッド２００の取付穴２２０の壁面と膨張材５０との間の隙間３００には空間が残されている。

続いて、エンジンの燃焼が開始されると、膨張材５０はエンジン始動により発生する熱、より具体的には圧力センサ１００がエンジンヘッド２００に取り付けられた後の燃焼室２１０内の最初の燃焼によって膨張する。これにより、図２に示されるように、膨張材５０は、エンジンヘッド２００の取付穴２２０の壁面と胴体部１の側面との間の隙間３００を、胴体部１の軸を中心にして一周埋める。

このようにして膨張した膨張材５０は、一度膨張すると、以後収縮することはない。つまり、圧力センサ１００がエンジンヘッド２００から取り外されるまで、膨張材５０はエンジンヘッド２００の取付穴２２０の壁面と胴体部１の側面との間の隙間３００を埋める構造を維持する。

以上のようにしてエンジンヘッド２００に取り付けられた圧力センサ１００では、燃焼室内の圧力（筒内圧）Ｐが、図１中の矢印に示されるように、受圧用ダイヤフラム４０からロッド６０を介して、ステム２０の感圧用ダイヤフラム２１に印加される。これにより、ステム２０の感圧用ダイヤフラム２１が変形し、この変形がセンサチップ７０により電気信号に変換され、圧力検出が行われる。また、センサチップ７０から出力された電気信号は、フレキシブルプリント基板８３を介して回路基板８０へ伝達され、ＩＣチップ８１にて処理され、処理された電気信号がターミナル２ａから外部に出力される。

以上説明したように、本実施形態では、圧力センサ１００の胴体部１の側面のうちシール面２４よりも受圧用ダイヤフラム４０側に膨張材５０を設けたものをエンジンヘッド２００に取り付け、燃焼室２１０の最初の燃焼によって膨張材５０を膨張させることにより、エンジンヘッド２００の取付穴２２０の壁面と胴体部１の側面との間の隙間３００を埋める構造としたことが特徴となっている。

これによると、隙間３００への火炎の入り込みを防止することができる。したがって、胴体部１の一端部側が燃焼熱を受けて歪むことはない。こうして、胴体部１の側面の熱影響を低減することができ、センサ出力誤差を改善することができる。

この場合、膨張材５０を隙間３００すべてに埋めることで、膨張材５０を介して圧力センサ１００の熱をエンジンヘッド２００に放熱することができ、センサ出力の誤差の低減を図ることができる。

また、圧力センサ１００に膨張材５０を設けたものを用意してエンジンヘッド２００に取り付けるだけで良いため、エンジンヘッド２００の構造の変更や制約、圧力センサ１００の構造の変更や制約などを考慮しなくても良く、エンジンヘッド２００に対する圧力センサ１００の設置を容易に行うことができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第１実施形態では、圧力センサ１００の胴体部１の側面に膨張材５０を取り付けたものおよび当該圧力センサ１００をエンジンヘッド２００に取り付ける構造について説明したが、本実施形態では、エンジンヘッド２００の取付穴２２０の壁面に膨張材５０を設ける構造であることを特徴とする。

図４は、エンジンヘッド２００の取付穴２２０に圧力センサ１００を取り付けた様子を示した図であり、ステム２０近傍の拡大断面図である。この図に示されるように、圧力センサ１００がエンジンヘッド２００に取り付けられたとき、取付穴２２０の壁面のうちステム２０の側面、メタルケース３０の側面、および受圧用ダイヤフラム４０に対向する部位に膨張材５０が取り付けられている。膨張材５０については、第１実施形態と同様に、テープ状のものやパウダー状のものが用いられる。

このような構造において、エンジン始動によって燃焼室２１０内で燃焼が起こると、膨張材５０が膨張して隙間３００が埋まり、図２に示される取付構造となる。

このように、エンジンヘッド２００側に膨張材５０を設ける場合、汎用の圧力センサ１００を用いることができる。また、エンジンヘッド２００の構造を変更する必要もなく、容易に図２に示される取付構造を実現することができる。

（第３実施形態）
本実施形態では、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第１実施形態では、圧力センサ１００に膨張材５０を取り付けた構造が示され、第２実施形態では、エンジンヘッド２００に膨張材５０を取り付けた構造が示されているが、圧力センサ１００をエンジンヘッド２００に取り付けた後に、エンジンヘッド２００の取付穴２２０の壁面と胴体部１の側面との間の隙間３００に膨張材５０を注入することで、図２に示される取付構造を実現することもできる。

注入の方法としては、以下の方法を採用することができる。膨張材５０が粉状のものであれば、例えばスプレーによって隙間３００に膨張材５０を噴霧することにより、当該隙間３００に膨張材５０を配置することができる。他方、膨張材５０がゲル状のものであれば、例えばディスペンサによって隙間３００に膨張材を塗布・注入することができる。

上述のように、膨張材５０はエンジン内の燃焼によって膨張するため、隙間３００すべてを埋めるように膨張材５０を注入する必要はない。また、上記した注入の方法は一例を示すものであって、他の方法を採用しても構わない。

以上のように、エンジンヘッド２００に圧力センサ１００を取り付けた後に、隙間３００に膨張材５０を配置させることもできる。これによると、膨張材５０を設けたエンジンヘッド２００や圧力センサ１００を用意する必要はなく、膨張材５０を用意するだけで良い。

（他の実施形態）
上記各実施形態で示される圧力センサ１００の構造は一例を示すものであって、図１〜図４に示される構造に限定されるものではない。

上記各実施形態では、膨張材５０が隙間３００のうち少なくとも胴体部１の他端部側に隙間なく配置されているものについて説明したが、膨張材５０とシール面２４との間に空間が残されていても構わない。具体的には、シール面２４と胴体部１の側面と取付穴２２０の壁面と膨張材５０とで空間が設けられるように隙間３００に膨張材５０を配置しても良い。このように、膨張材５０が隙間３００全体を埋めていなくても良い。

本発明の第１実施形態に係る圧力センサのエンジンヘッドへの取付構造を示す概略断面図である。 図１に示されるステム近傍の拡大断面図である。 エンジンヘッドの取付穴に圧力センサを取り付けた様子を示した図である。 第２実施形態において、エンジンヘッドの取付穴に圧力センサを取り付けた様子を示した図である。

符号の説明

１…胴体部、２４…シール面、４０…受圧用ダイヤフラム、５０…膨張材、２００…エンジンヘッド、２１０…燃焼室、２２０…取付穴、３００…隙間。

Claims (13)

1. 筒状の胴体部（１）を有し、前記胴体部（１）の一端部に圧力を受ける受圧用ダイヤフラム（４０）を備えると共に、前記胴体部（１）の側面のうち前記一端部よりも他端部側の部位にシール面（２４）を備えており、
   エンジンヘッド（２００）に設けられエンジンの燃焼室（２１０）に通じる取付穴（２２０）に対して、前記胴体部（１）の一端部側が挿入され、前記シール面（２４）が前記取付穴（２２０）の壁面に密着して前記燃焼室（２１０）が密閉され、前記燃焼室（２１０）内の圧力が前記受圧用ダイヤフラム（４０）にて受圧されるようにした圧力センサであって、
   前記胴体部（１）の側面のうち前記シール面（２４）よりも前記胴体部（１）の一端部側の部位に、前記エンジンヘッド（２００）の取付穴（２２０）に取り付けられた後のエンジン始動により前記燃焼室（２１０）内に発生する熱によって膨張して、前記エンジンヘッド（２００）の取付穴（２２０）の壁面と前記胴体部（１）の側面との間の隙間（３００）を、前記胴体部（１）の軸を中心にして一周埋める膨張材（５０）を備えていることを特徴とする圧力センサ。
2. 前記膨張材（５０）は、前記隙間（３００）のうち少なくとも前記胴体部（１）の他端部側を埋めるようになっていることを特徴とする請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記膨張材（５０）は、前記隙間（３００）すべてを埋めるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の圧力センサ。
4. 前記膨張材（５０）は、カーボン材よりなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つ記載の圧力センサ。
5. 前記膨張材（５０）は、樹脂材よりなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つ記載の圧力センサ。
6. 筒状の胴体部（１）を有し、前記胴体部（１）の一端部に圧力を受ける受圧用ダイヤフラム（４０）を備えると共に、前記胴体部（１）の側面のうち前記一端部よりも他端部側の部位にシール面（２４）を備える圧力センサを、エンジンヘッド（２００）に設けられエンジンの燃焼室（２１０）に通じる取付穴（２２０）に対して、前記胴体部（１）の一端部側から挿入し、前記シール面（２４）を前記取付穴（２２０）の壁面に密着させて前記燃焼室（２１０）を密閉し、前記燃焼室（２１０）内の圧力を前記受圧用ダイヤフラム（４０）にて受圧するようにした圧力センサの取付構造であって、
   前記エンジンヘッド（２００）の取付穴（２２０）の壁面と前記胴体部（１）の側面との間に、前記圧力センサが前記エンジンヘッド（２００）の取付穴（２２０）に取り付けられた後のエンジン始動により前記燃焼室（２１０）内に発生する熱によって膨張して、前記エンジンヘッド（２００）の取付穴（２２０）の壁面と前記胴体部（１）の側面との間の隙間（３００）を、前記胴体部（１）の軸を中心にして一周埋める膨張材（５０）が配置されていることを特徴とする圧力センサの取付構造。
7. 前記膨張材（５０）は、前記隙間（３００）のうち少なくとも前記胴体部（１）の他端部側を埋めるようになっていることを特徴とする請求項６に記載の圧力センサの取付構造。
8. 前記膨張材（５０）は、前記隙間（３００）すべてを埋めるようになっていることを特徴とする請求項７に記載の圧力センサの取付構造。
9. 前記膨張材（５０）は、前記エンジン始動前では、前記圧力センサの前記胴体部（１）の側面に設けられていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１つに記載の圧力センサの取付構造。
10. 前記膨張材（５０）は、前記エンジン始動前では、前記取付穴（２２０）の壁面に設けられていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１つに記載の圧力センサの取付構造。
11. 前記膨張材（５０）は、前記エンジンヘッド（２００）に前記圧力センサを取り付けた後に前記隙間（３００）へ注入されることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１つに記載の圧力センサの取付構造。
12. 前記膨張材（５０）は、カーボン材よりなることを特徴とする請求項６ないし１１のいずれか１つ記載の圧力センサの取付構造。
13. 前記膨張材（５０）は、樹脂材よりなることを特徴とする請求項６ないし１１のいずれか１つ記載の圧力センサの取付構造。

Images